Caltech ujawnia nowe szczegóły dotyczące formowania się Ziemi

Nowe badanie przeprowadzone przez California Institute of Technology wskazuje, że wczesna Ziemia powstała z gorącej, suchej materii, co oznacza, że ​​woda pojawiła się późno w procesie formowania się Ziemi. Badania, które przedstawiają dowody z różnych warstw płaszcza, zakładają, że główne dodatki substancji lotnych miały miejsce tylko podczas końcowych etapów formowania się Ziemi, co wpłynęło na teorie formowania się planet.

Miliardy lat temu w gigantycznym dysku pyłu, gazu i materii skalnej, który krążył wokół naszego młodego Słońca, coraz większe ciała łączyły się, by w końcu stworzyć planety, księżyce i asteroidy, które widzimy dzisiaj. Naukowcy wciąż próbują zrozumieć procesy, w wyniku których powstały planety, w tym nasza własna.

Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy mogą badać, w jaki sposób powstała Ziemia, jest badanie magmy, która wypływa z głębi wnętrza planety. Chemiczne sygnatury z tych próbek zawierają zapis, kiedy i jakie materiały połączyły się, tworząc Ziemię – podobnie jak skamieliny dają nam wskazówki dotyczące biologicznej przeszłości Ziemi.

Badanie przeprowadzone przez California Institute of Technology pokazuje, że wczesna Ziemia gromadziła gorącą, suchą materię, co sugeruje, że woda na naszej planecie – kluczowy składnik rozwoju życia – musiała pojawić się znacznie później w formowaniu się Ziemi.

Badanie, w którym uczestniczył międzynarodowy zespół naukowców, zostało przeprowadzone w laboratoriach François Tissot, adiunkta geochemii i badacza Heritage Medical Research Institute. i Yigang Zhang z Chińskiej Akademii Nauk. Niedawno w czasopiśmie opublikowano artykuł opisujący badania Postęp nauki. Absolwent Caltech Wei Liu jest pierwszym autorem artykułu.

Chociaż ludzie nie mają możliwości podróżowania do wnętrza naszej planety, skały znajdujące się głęboko w Ziemi mogą w naturalny sposób przedostać się na powierzchnię w postaci lawy. Rodzicielska magma tych law może pochodzić z różnych głębokości Ziemi, takich jak górny płaszcz, który zaczyna się około 15 kilometrów (9 mil) pod powierzchnią i rozciąga się na około 680 kilometrów; lub dolny płaszcz, który rozciąga się od głębokości 680 kilometrów (425 mil) aż do granicy rdzeń-płaszcz na około 2900 kilometrów (1800 mil) pod naszymi stopami.

Podobnie jak próbkowanie różnych warstw ciasta – lukier, nadzienie i biszkopt – naukowcy mogą badać magmę wyłaniającą się z różnych głębokości, aby zrozumieć różne „smaki” warstw Ziemi: chemikalia w nich zawarte i ich wzajemne stosunki.

Ponieważ formowanie się Ziemi nie było natychmiastowe i zamiast tego wiązało się z gromadzeniem się materiału w czasie, próbki z dolnego i górnego płaszcza dają różne wskazówki co do tego, co działo się w czasie, gdy Ziemia się gromadziła. W nowym badaniu zespół odkrył, że wczesna Ziemia składała się głównie z suchego, skalistego materiału: sygnatury chemiczne z głębi planety nie wykazały obecności tak zwanych lotnych, łatwo parujących substancji, takich jak woda i jod.

W przeciwieństwie do tego próbki z górnego płaszcza wykazały wyższy odsetek substancji lotnych, trzykrotnie niż z dolnego płaszcza. Opierając się na tych proporcjach chemicznych, Liu stworzył model, który pokazał, że Ziemia składa się z gorących, suchych materiałów skalistych i że główny dodatek substancji lotnych niezbędnych do życia, w tym wody, miał miejsce tylko podczas ostatnich 15 procent (lub mniej) formowania się Ziemi.

Badanie jest kluczowym wkładem w teorie formowania się planet, dziedzinę, która przeszła kilka zmian paradygmatu w ostatnich dziesięcioleciach i nadal jest naznaczona ożywioną debatą naukową. W tym kontekście nowe badanie zawiera ważne prognozy dotyczące natury elementów budulcowych innych planet skalistych – Merkurego i Wenus– który prawdopodobnie powstał z podobnych suchych materiałów.

„Eksploracja kosmosu w poszukiwaniu egzoplanet jest naprawdę ważna, ponieważ wodny świat jest prawdopodobnie najlepszym miejscem do poszukiwania życia pozaziemskiego” – mówi Tissot. Ale nie należy zapominać o wewnętrznym układzie słonecznym. Od prawie 40 lat nie było misji dotykającej powierzchni Wenus i nigdy nie było misji na powierzchnię Merkurego. Musimy być w stanie badać te światy, aby lepiej zrozumieć, jak powstały planety typu ziemskiego, takie jak Ziemia. „

Odniesienie: „I/Pu Earth ujawnia głównie lotne planety o słabym kontraście” Weiyi Liu, Yigang Zhang i François. LH Tissot, Guillaume Avice, Zhilin Ye i Qing-Zhu Yin, 5 lipca 2023 r., dostępne tutaj. Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9213

Oprócz Liu i Tissota współautorami są Zhang z Chińskiej Akademii Nauk. Guillaume Avice z Uniwersytetu Miejskiego w Paryżu, Instytut Fizyki Świata, Paryż; Qilin Ye z Chińskiej Akademii Nauk; i King Chu Yin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis. Finansowanie zostało zapewnione przez Chińską Akademię Nauk, National Science Foundation, Packard Fellowship of Science and Engineering, Heritage Medical Research Institute oraz California Institute of Technology.